ساخت شیشه در گذشته به روش دستی و در کوره های کوچک ذوب که فقط توانایی تولید یک نوع شیشه را داشت صورت می گرفت. اما امروزه روش ساخت آن به صورت کاملا صنعتی انجام می شود. در این مطلب با مراحل ساخت شیشه و انواع آن آشنا می شوید.
مراحل ساخت شیشه و انواع آن
ساخت شیشه در قدیم به صورت دستی و در کوره های کوچک ذوب که فقط قدرت ساخت یک نوع شیشه را داشت، صورت می گرفت. حالا با گذر زمان و پیشرفت تکنولوژی ها، روش ساخت شیشه متعدد شده و به طور کاملا صنعتی و در کارخانه انجام می شود.
کارخانه های شیشه به فناوری های روز در تولید شیشه مجهز شده و اکنون انواع مختلف شیشه از جمله سکوریت، لمینیت، و .. را شاهد هستیم. همه فرایندها، مراحل ساخت، برش شیشه و مواد اولیه در کارخانه شیشه سازی بایستی به شکل مکانیزه صورت گیرد تا سختی شیشه حفظ شده و کیفیت بالایی ارائه دهد.
ماده اولیه شیشه
شیشه به عنوان مواد اولیه ای بسیار مفید و کارامد در گذشته های خیلی دور کشف شده است. آغاز پیدایش و کشف این ماده در اثر فرایندهایی بود که در اثر آتش فشان ها روی می داد. این فرایند با ترکیب ماده اولیه پایه سیلیس و گرمای مواد آتش فشانی به سیلیس و سپس سرد شدن آن شیشه را ایجاد می نمود.
به علت نوع ساختار شیشه و شکل پذیری اش با گذشت زمان و پیشرفت فناوری، بشر به فکر ساخت شیشه به اشکال مختلف افتاد. شیشه ماده ی شفافی است که نور را به سادگی و به طور کامل از خود عبور داده و سبب می شود تا تصاویر پشت آن دیده شود.
وقتی شیشه ذوب می شود شبیه هر مایع دیگری گرانروی دارد. با کاهش دمای آن نیز خاصیت گرانروی اش از دست می رود و به حالت آرایش منظم شکل می یابد. از این رو از نظر ساختار مولکولی همچون مایعات نامنظم و جامدات سخت و غیر متحرک است. شیشه برای رسیدن به این خاصیت باید تحت دمای خیلی بالایی قرار گیرد.
ضمنا برای ساخت شیشه سکوریت برعکس دمای ذوب شیشه معمولی بایستی دمای خیلی بالایی(حدود ۷۰۰ درجه سانتی گراد) به آن وارد شده تا خمیر شیشه به حالت مایع دربیاید. دمای بالا در ساخت شیشه سکوریت سبب می شود که مقاومت مکانیکی آن خیلی افزایش پیدا کند.
قابل ذکر است سیلیس که برای لوله های کوره با دمای بسیار بالا مناسب است. همچنین از دیگر مواد اولیه در صنعت شیشه سازی عبارت است از:
- آهک سوددار که تشکیل شده از سیلیس، اکسید منیزیم، سدیم، آهک و آلومینیوم بوده و به راحتی شکل می گیرد. این شیشه شفافیت زیادی دارد و مناسب لوازم دکوری و پنجره ها است.
- سدیم بورسیلیکات که از سیلیس، اکسید سدیم، اکسید بور و آلومینیوم تشکیل شده و بیشترین کاربرد را در وسایل آزمایشگاهی و آشپزخانه دارد.
- اکسید آلومینیوم و ژرمانیوم که برای ساخت فیبر نوری استفاده می شود.
- بلور که از سیلیس، اکسید سرب، اکسید سدیم، پتاسیم، آلومینیوم و اکسید روی تشکیل شده و بیشتر در کارخانه کاربرد دارد.
ماده اولیه شیشه در دیگر موارد به صورت بازیافت شیشه های دیگر بوده که برای کاهش حباب درون شیشه و افزایش مقاومت آن با سدیم سولفات، سدیم کلرید و تری اکسید آنتیموان ترکیب می شود.
مراحل تولید شیشه
شیشه نوعی جامد غیر بلوری است که می تواند به صورت یک جامد سخت و شکننده و یک ماده مذاب روان درآید. این رفتار، انتقال شیشه نام دارد. برای بررسی رفتار شیشه که به طور بلور شکننده یا مایعی لاستیکی است، باید از مواد اولیه ساخت این ماده آگاهی یافت.
همانطور که اشاره شد ماده اولیه ساخت شیشه، سیلیس می باشد که به عنوان کوارتز هم شناخته می شود. هر اندازه میزان ناخالصی سیلیس کم باشد، شیشه شفاف تری تولید می شود. به طور مثال میزان آهن موجود در سیلیس سبب شده رنگ شیشه به طرف سبز مایل گردد.
موقع کار با سیلیس باید مراقب بود که سیلیس توسط استنشاق به گلو و ریه نفوذ نکند. از این نظر سیلیس خطرناک بوده و می تواند در آینده مشکلات تنفسی ایجاد کند. البته با رعایت موارد ایمنی چنین مشکلی بروز نمی کند. استفاده از ماسک بسیار کمک کننده است.
مراحل ساخت شیشه در درون کوره های ذوب شیشه شامل دو نوع مخزنی و بوته ای می باشد. کوره بوته ای با توانایی ساخت دو تن خمیر شیشه و ساخت شیشه در میزان کم جهت حفاظت کوره در مقابل احتراق مناسب است. این نوع کوره از جنس خاک رس و پلاتین است.
کوره مخزنی از جنس بلوک های نسوز بوده که مواد از سر مخزن بزرگ به کوره وارد می شود. دمای کوره با برق یا گاز افزایش یافته و گرم می شود. برای کاهش دمای دیواره کوره ها جهت جلوگیری از ذوب و پوشاندن آن از لوله های خنک آب که در اطراف کوره جایگذاری می شود، استفاده می شود.
پس از بی رنگ نمودن و خارج سازی هوا و گاز موجود درون شیشه، برای کاهش شکنندگی و مقاومت آن به کوره دیگر با دمای خیلی کمتر انتقال می یابد. با انجام برخی فرایندها، تاب و موج شیشه برطرف می شود و پس از طی مراحل ساخت شیشه زمان انتقال آن به بازار مصرفی می رسد.
به طور کلی مراحل ساخت شیشه به صورت زیر است:
- تهیه مواد اولیه و تبدیل آن به پودر با دانه های ۰.۱-۲ میلی متر
- انتخاب و ترکیب مواد اولیه به نسبت های مورد نیاز جهت استفاده برای مراحل مختلف ساخت شیشه به همراه مقدار لازم آب جهت ایجاد ترکیب شیمیایی شیشه
- انتقال مواد ترکیبی به کوره
- ذوب کردن مواد اولیه و ترکیب آن در کوره تا حصول خمیر شیشه
- بی رنگ سازی خمیر شیشه با گرفتن ناخالصی ها
- حالت بخشیدن به شیشه و فرم دهی کلی
- دیاموند نمودن شیشه
۱. سیلیس ماده نسبتا ارزانی است که تهیه آن هزینه زیادی نیاز ندارد. اگر امکان تهیه سیلیس خالص نباشد و دارای ناخالصی آهن بود، می توان با اضافه کردن کمی اکسید منگنز، از تاثیر رنگ آن پیشگیری کرد. یا در صورت تمایل به تولید شیشه سبز رنگ آهن موجود در آن را حفظ کرد.
۲. در ادامه سدیم کربنات و اکسید کلسیم به سیلیس اضافه می شود. سدیم کربنات سبب کاهش دما برای ساخت شیشه می شود. این ماده در مقیاس صنعتی توسط سنگ آهک(کربنات کلسیم)، آمونیاک و نمک(کلرید سدیم) تولید می گردد. همچنین کربنات سدیم اجازه می دهد آب از شیشه عبور کرده از این رو آهک هم به ترکیب آن با سیلیس اضافه می شود.
اکسید منیزیم یا آلومینیوم هم می تواند اضافه شده تا شیشه بادوام تری تولید شود. به صورت کلی این مواد افزودنی از ۲۶-۳۰ درصد ترکیب بیشتر نمی روند. می توان مواد شیمیایی دیگری هم با توجه به هدف خود به این ترکیب افزود. مثلا اکسید سرب برای تولید شیشه های تزئینی سبب ایجاد شیشه کریستال و نرم می شود.
اکسید سرب نقطه ذوب را کاسته و لنزهای عینک ممکن است به علت ویژگی انکساری به اکسید لانتان نیاز یابند. در حالی که آهن به شیشه کمک کرده گرما را جذب و رنگ شیشه همانطور که اشاره شد به سبز مایل گردد.
۳. با اضافه کردن اکسید فلزات به ترکیب اولیه می توان شیشه را به رنگ های مختلفی تولید نمود. افزودن اکسید مس با درصدهای مختلف سبب تولید شیشه زرد، قهوه ای، سیاه، فیروزه ای و سفید می شود. مثلا اضافه کردن اکسید مس با غلظت ۲-۳ درصد سبب رنگ فیروزه ای می گردد.
در ضمن اضافه کردن نیکل در غلظت های متفاوت، سبب ایجاد رنگ های آبی، سیاه یا بنفش می گردد. طلا در غلظت خیلی کم شیشه با رنگ ربی ایجاد می کند و در غلظت پایین تر، قرمز ملایم تری ایجاد می شود. برای ساخت شیشه صورت و قرمز از سلنیوم استفاده می شود.
ترکیبات نقره به عنوان ماده اصلی برای ساخت شیشه زرد رنگ مناسب هستند. این ترکیبات می توانند طیف رنگی از نارنجی مایل به سرخ تا زرد را ایجاد کنند. افزودن گوگرد به همراه نمک های کربن و آهن شیشه های زرد تا تقریبا سیاه را به وجود می آورد.
۴. ترکیب به دست آمده را در ظرفی مقاوم در برابر حرارت قرار بدهید. این ظرف بایستی مقاومت لازم در مقابل درجه حرارت بالای کوره را داشته باشد. با توجه به ترکیبات افزودنی می توان در محدوده دمایی بین ۱۵۰۰-۲۵۰۰ درجه سانتی گراد ذوب نمود. در ضمن ظرف باید به راحتی با قلاب فلزی مهار گردد.
۵. ترکیب حاصله باید در کوره ذوب شود. در روش صنعتی این کار در کوره های گازی یا برقی صورت می گیرد. دمای ذوب سیلیس بدون ترکیب افزودنی ۲۳۰۰ درجه سانتی گراد بوده و اضافه کردن کربنات سدیم سبب کاهش دمای لازم برای ساخت شیشه تا ۱۵۰۰ درجه سلسیوس می گردد.
۶. در این مرحله ایجاد یکنواختی، همگن سازی و حذف حباب از شیشه مذاب انجام می شود. با اضافه کردن برخی مواد شیمیایی همچون سولفات سدیم، کلرید سدیم حباب موجود در مذاب را تعدیل نمود.
۷. شیشه مذاب باید شکل یابد. شکل دهی به شیشه به روش های مختلفی صورت می گیرد. می توان شیشه مذاب را در قالبی به شکل دلخواه ریخته و صبر کرد تا سرد شود. این روش را مصری ها انجام می دادند. و ضمنا بیشتر لنزها امروزه با این روش تولید می شوند.
یک روش دیگر این که شیشه مذاب را در انتهای یک لوله توخالی جمع و سپس با دمیدن و از طریق انتقال هوا به درون آن شیشه را شکل داد. این روش از قدیمی ترین شیوه های شکل دهی شیشه می باشد که امروزه نیز بسیار استفاده می شود. به این شیشه ها دمیدنی اطلاق می شود.
روش سوم شکل دهی شیشه مذاب با حمام قلع و تحت فشار قرار دادن آن توسط نیتروژن است تا به شیشه فلوت یا تخت تبدیل شود.
۸. در این مرحله شیشه تولیدی باید به آرامی خنک گردد. به این ترتیب بعد از حرارت دیدن زیاد عمل سرد کردن شیشه صورت می گیرد. این روش سبب شده هر نقطه استرس ایجاد شده در شیشه از بین رود. بعد از اتمام این روند، شیشه را می توان با شیوه های مختلف سکوریت، لمینت یا سایر روش ها از لحاظ مقاومت و قدرت بهبود بخشید.
دما در این مرحله با توجه به ترکیبات شیشه بین ۴۰۰-۵۵۰ درجه سانتی گراد است. ابعاد شیشه هم در سرد کردن شیشه موثر بوده به نحوی که قطعات بزرگتر بایستی آهسته تر از قطعه های کوچک سرد گردند.
تبدیل ماسه به شیشه
ماسه به عنوان یکی از مواد در ترکیبات شیشه استفاده می شود. ترکیب اصلی شیشه از ماسه، آهک و کربنات سدیم است. در تبدیل ماسه به شیشه، ماسه لازم باید تقریبا خالص تر از کوارتز باشد. همچنین میزان آهن ماسه نباید از حد مجاز برای مصارف مختلف تجاوز نماید. چرا که سبب تیره شدن شیشه می شود.
در فرایند تبدیل ماسه به شیشه عناصر دیگری نیز افزوده شده که در میزان مقاومت، شفافیت، رنگ و … تاثیر دارند. شیشه از نظر ساختار شبیه مایع بوده اما در دمای معمول در مقابل نیروی وارده تغییر شکل می یابد. به این صورت به عنوان ماده جامد نیز در نظر گرفته می شود.
ضمنا برای ساخت ظروف شیشه ای میزان آهن موجود در ماسه باید از ۴۵ درصد کمتر باشد.
ساخت شیشه ساختمان
ترکیباتی که در مراحل ساخت شیشه ساختمان استفاده می شود عبارت است از:
- سدیم نیترات
- منگنز اکسید
- اکسید کریستال
- روی اکسید
- سرب اکسید و نقره اکسید
منگنز اکسید برای مقاوم تر ساختن شیشه استفاده می شود. از این رو برای شیشه های ساختمانی عنصر مهمی است. جالب است بدانید تمام شیشه های بازار دارای مواد اولیه یکسانی بوده به طوری که نود درصد شیشه ها از ترکیب عناصر کربنات سدیم، سیلیس و آهک درست می شوند. همچنین آهک برای ساخت شیشه ساختمانی بسیار استفاده می شود.
شیشه فلوت
مراحل ساخت شیشه فلوت به این صورت است که شیشه درون کوره با دمای ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد ذوب و به شکل خمیر در می آید. این ذوب بدون داگ هاوس بوده که مانع از حرکت دورانی و گردابی روی شیشه می گردد و اثر خوبی روی خواب نوری شیشه می گذارد.
مواد ذوب شده توسط لوله با دمای داخلی هزار درجه سانتی گراد به درون گوی مواد هدایت شده و در این مرحله شیشه به طور گسترده و یکدست روی مواد مذاب شناور گشته تا حدی که به ضخامت دلخواه درآید. در ساخت شیشه ابعاد بیشتر از سه متر نبوده و با کنترل دما در درون کوره، دما از هزار به هفتصد درجه کاهش می یابد تا شیشه سفتی و پیوستگی لازم را پیدا و از گوی خارج گردد.
بعد به کانال تنش زدا هدایت شده تا مرحله سخت و مقاومت شیشه روی دهد. در نهایت بعد از مرحله کنترل و بررسی کیفیت شیشه به بازار ارائه می شود.
شیشه سکوریت
مراحل ساخت شیشه سکوریت نیز تقریبا شبیه روش قبل است و از کاربردهای این شیشه در مواردی مانند شیشه پارتیشن، شیشه حمام، شیشه بالکن و … می باشد. در قسمت عملیات حرارتی از گرمادهی یکنواخت شیشه فلوت تا دمای نرمی شیشه صورت گرفته و بعد توسط دمیدن هوای سرد به دو سطح شیشه سریع سرد می گردد.
زمان سرد شدن تاثیر شایانی در مقاومت شیشه خواهد داشت. در روش تولید شیشه سکوریت در بخش سرد سازی شیشه، لایه های بیرونی آن زودتر از لایه های داخلی خنک می گردند که این امر سبب استحکام شیشه و ایجاد فشار درونی هسته آن می شود.
در ادامه شیشه به دستگاه های پیشرفته دیاموند ارسال و عبور از این دستگاه سبب پرداخت لبه شیشه و براق شدن آن می شود. سپس به دستگاه های جاسازی ارسال و عملیات برش الگو یا جاسازی صورت می گیرد. همچنین در صورت تمایل برای آشنایی با مراحل ساخت رگال سقفی و مراحل ساخت بتونه چوب روی لینک ها کلیک کنید.
منبع :
برچسب :